【正文】 聲測(cè)量帶寬； ——光電管暗電流； ——光電管電流； ——電子電荷，其值為。通過(guò)式（39）和（310）可得到總的電流噪聲： （311）由加載于光電管上的光功率產(chǎn)生的光電流等效為噪聲電流的度量即為噪聲等效功率，也就是NEP，其表達(dá)式為： （312）其中，是響應(yīng)度。下圖給出了在不同光功率條件下光電管之間的特性關(guān)系，其中。又由于我們稱在施加反向電壓致方向電流快速上升時(shí)的電壓值為擊穿電壓，光電管正常工作在反向偏置狀態(tài)的反向電壓值不能超過(guò)擊穿電壓，通常來(lái)講不能超過(guò)。 相關(guān)電路設(shè)計(jì)部分完成光電二極管的選型后需將光電二極管接受熱輻射后產(chǎn)生的電流信號(hào)進(jìn)行處理并進(jìn)行檢測(cè)，如此便需要進(jìn)行相關(guān)測(cè)控電路部分的設(shè)計(jì)。（2）在對(duì)放大器等供電時(shí)應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源，并可在電源供電引腳處并聯(lián)微小電容以起到濾除電源信號(hào)中的雜波干擾作用。且可于反饋電阻處并聯(lián)較小的電容，以達(dá)到濾波消噪的作用。由于接受熱輻射條件下光電二極管所放出的電流在微安級(jí)別甚至更小，并不能被一般的電流檢測(cè)儀器所測(cè)量，因此需要將光電二極管所發(fā)出的微弱的電流信號(hào)做放大處理，也就要用到前置放大模塊。AD829是一款具有自定義補(bǔ)償特性的低噪、高速視頻運(yùn)算放大器。176。例如，針對(duì)指定負(fù)載和電源電壓，可以選擇補(bǔ)償來(lái)優(yōu)化帶寬。%精度為90特別重要的多通道、高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。圖中光電二極管工作于零偏置模式下，AD829正向輸入連接一個(gè)15的電容接地進(jìn)行濾波處理以減少正向輸入對(duì)光電二級(jí)電流信號(hào)的干擾，并提高輸入輸出信噪比。圖38 前置放大電路設(shè)計(jì)圖圖中反饋電阻和放大器的連接方法為負(fù)反饋，放大倍數(shù)由電阻阻值控制，在普通的負(fù)反饋電路中添加反饋電容，有效的做到對(duì)輸入信號(hào)濾波消噪的作用，且和反饋電阻共同決定了前置放大模塊的通帶寬度。最終，選擇TL072作為幅度放大電路的放大器。BIFET技術(shù)給低輸入偏置電流，輸入補(bǔ)償電流（輸入偏移電流）和電源電流，提供了寬闊的頻帶寬度和高度轉(zhuǎn)換速度（速率）。方案（2）中輸出電壓為正向，方案（1）中輸出電壓為反向，因此方案（2）更能滿足本課題的設(shè)計(jì)要求，最終選擇方案（2）作為本次設(shè)計(jì)幅度放大模塊所用方案。下面首先對(duì)這三個(gè)器件做簡(jiǎn)單介紹。LM393專門用于單電源供電時(shí)獲得寬電壓范圍，同時(shí)也可在兩電源供電時(shí)使用，且具有精度高、能減少由于溫度漂移引發(fā)的失調(diào)電壓、輸入共模電壓范圍接近地電平、兼容邏輯電路等優(yōu)點(diǎn)。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過(guò)渡的間隙。LM393的功能框圖如下。1. 基極2. 集電極321圖313 TIP41的引腳圖運(yùn)用以上三個(gè)器件作為核心進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，做出的溫度保持模塊電路圖如下所示。運(yùn)用這種方法能精確控制溫度保持在40℃，且容易設(shè)置所恒定的溫度。該系列單片機(jī)可分三個(gè)子系列，分別是一般用途的STM8S系列；汽車用途的STM8SA系列和低功耗用途的STM8L系列。顯示所用的模塊為TM1638芯片和DS1302驅(qū)動(dòng)的共陰數(shù)碼管。采用STM8片內(nèi)自帶的AD轉(zhuǎn)換器，其檢測(cè)電壓的范圍在0到3伏特，將轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的電壓值輸送到STM8中，通過(guò)溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得到溫度和電壓的關(guān)系，在單片機(jī)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終通過(guò)TM1638模塊將結(jié)果顯示輸出。而溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，也會(huì)對(duì)最終溫度測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重要影響。函數(shù)擬合，分為線性擬合、二次函數(shù)擬合、數(shù)據(jù)的n次多項(xiàng)式擬合、指數(shù)函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合、多元線性函數(shù)的數(shù)據(jù)擬合等。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)溫度儀致合適溫度后，靜候10分鐘至溫度穩(wěn)定，光纖探頭有效接收熱輻射，待輻射能通過(guò)光纖傳導(dǎo)至光電二極管，光電二極管中產(chǎn)生的電流信號(hào)經(jīng)由放大電路變?yōu)榉糯蠛蟮碾妷盒盘?hào)后，用萬(wàn)用表檢測(cè)電壓信號(hào)記錄下來(lái)。 實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)備本次溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)用到的儀器有實(shí)驗(yàn)室提供的鎢絲燈式標(biāo)準(zhǔn)溫度儀、VICTOR牌VC9807型萬(wàn)用表、WY8型抗干擾微機(jī)電源。直流電壓測(cè)量量程共有200mv、2V、20V、200V、1000V五檔，誤差為。 觀測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)測(cè)得溫度和電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系表標(biāo)準(zhǔn)溫度儀溫度（℃）800900100011001200測(cè)得電壓（V） 由于測(cè)量點(diǎn)數(shù)較少，本次測(cè)量用重復(fù)多次測(cè)量的辦法，在每個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)對(duì)所測(cè)電壓取平均值。下面用一個(gè)示例來(lái)說(shuō)明最小二乘法的原理。經(jīng)過(guò)運(yùn)算發(fā)現(xiàn)，并沒有合適的a和b滿足所有等式，因此為了使最終關(guān)系擬合結(jié)果盡可能的精確，便要擬合出一條直線，使x和y在坐標(biāo)系中所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)盡可能的貼近所擬合的直線。在計(jì)算機(jī)上，常用的函數(shù)擬合軟件有Excel、MATLAB、Origin、CurveExpert、Cview等，種類繁多，但通常使用做解決非線性回歸等方面的問(wèn)題的時(shí)候需要用戶自行提供適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算起始量，且需要用戶自行尋找最合適的擬合函數(shù)，由于用戶實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)水平各不相同，并不是所有人都能給出一個(gè)合適的運(yùn)算起始量。并且1stopt憑借其優(yōu)秀的全局優(yōu)化算法，在解決非線性回歸等問(wèn)題的時(shí)候，不需要用戶提供運(yùn)算的起始量，從任意初始量開始運(yùn)算，都能得到正確的運(yùn)算結(jié)果。參數(shù)的最佳估算值如下：a=；b=；c=；d=；e=；f=；g=。輸入五組溫度和電壓關(guān)系的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件快速公式擬合搜索給出的擬合模型為： （44），殘差平方和(SSE)為:，相關(guān)系數(shù)(R)為1，相關(guān)系數(shù)之平方(R^2)為 1，決定系數(shù)(DC)為1。 求取VT關(guān)系的反函數(shù)得到VT之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式后，我們還需得到用電壓表示溫度的關(guān)系式。所得到的用電壓表示溫度的關(guān)系式如下：（46）T=+++++ 結(jié)果函數(shù)的均方差為0，殘差平方和(SSE)為0，相關(guān)系數(shù)(R)為1，決定系數(shù)(DC)為1。解釋了函數(shù)擬合的意義，從精確性的角度解釋了函數(shù)擬合對(duì)測(cè)溫體統(tǒng)的重要性。首先對(duì)輻射溫度測(cè)量的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了研究和討論，對(duì)黑體輻射三定律間的關(guān)系給出了數(shù)學(xué)上的解釋。最終，完成了光電式溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。希望完成此次課題的經(jīng)歷能夠?qū)ξ磥?lái)從事相關(guān)工作方向給予指導(dǎo)性作用，也希望將來(lái)能有同學(xué)在輻射溫度測(cè)量的課題上做出新的貢獻(xiàn)。附錄一燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：光電式輻射溫度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)研究學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)檢測(cè)1班 學(xué)生姓名： 李瀟 指導(dǎo)教師： 王玉田 完成日期： 2014/3/26 一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)，它是國(guó)際單位制（SI）中 7 個(gè)基本物理量之一，也是工業(yè)生產(chǎn)中主要的工藝參數(shù)。但是，要準(zhǔn)確地測(cè)量溫度是十分不容易的，無(wú)論使用精度多高的溫度計(jì)，若溫度計(jì)的選擇不恰當(dāng)或者測(cè)試方法不合適，都不能得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。熱電偶、熱電阻傳感器的測(cè)溫技術(shù)比較成熟，測(cè)溫范圍廣，便于遠(yuǎn)距離測(cè)量且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而應(yīng)用較為廣泛。 光纖傳感技術(shù)是二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù),與傳統(tǒng)的傳感器相比光纖溫度傳感器具有諸多優(yōu)點(diǎn):（1）靈敏度高； （2）是無(wú)源器件，對(duì)被測(cè)對(duì)象不產(chǎn)生影響； （3）光纖是非電介質(zhì)，耐高壓、耐腐蝕，在易燃易爆環(huán)境下安全可靠； （4）頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大； （5）幾何形狀具有多方面的適應(yīng)性，可以做成任意形狀的傳感器和傳感器陣列； （6）在共同的技術(shù)基礎(chǔ)上可以制成傳感不同物理量的傳感器； （7）可以和光纖遙測(cè)技術(shù)相配合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制； （8）由光纖傳感器組成的光纖傳感系統(tǒng)便于與中心計(jì)算機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)多功能、智能化； （9）傳感器體積小、重量輕； （10）可以與光纖通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量； 光纖溫度傳感器按照調(diào)制機(jī)理可分為相位調(diào)制，振幅調(diào)制，偏振態(tài)調(diào)制：按照傳感方式可分為傳感型和傳輸型。在光導(dǎo)纖維溫度傳感器研制方面，國(guó)外已走出實(shí)驗(yàn)室，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)和研制單位也研制出各種光纖溫度傳感器。用于低溫范圍的光纖溫度傳感器，℃的變化。與國(guó)內(nèi)同類光纖傳感器相比，國(guó)外光纖溫度傳感器的性能較好，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，價(jià)格也相對(duì)較高。60年代中期出現(xiàn)了用光電倍增管作為檢測(cè)器的光電高溫計(jì)。與此同時(shí)，輻射溫度計(jì)的工作波長(zhǎng)亦從單波長(zhǎng)逐步發(fā)展為兩色（比色）和多色，從短波到長(zhǎng)波，儀器的功能逐步豐富和智能化。西安交通大學(xué)檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化教研室也早在1997年就已開始了光纖溫度傳感器的研究工作，并取得了可喜的成果。 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 （一）待研究基本內(nèi)容如圖1。將測(cè)量溫度所得電壓或電流值通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)換成具體溫度數(shù)值。軟件部分由溫度標(biāo)定及vt曲線擬合部分組成。四、研究工作進(jìn)度表1. 研究的工作進(jìn)度表周次應(yīng)完成內(nèi)容14周收集，查閱有關(guān)資料58周搞清楚設(shè)計(jì)原理，提出設(shè)計(jì)方案911周系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，信號(hào)電路設(shè)計(jì)1215周完成論文初稿并進(jìn)行修改1618周抄寫論文、畫圖，準(zhǔn)備答辯目前，通過(guò)查閱并理解相關(guān)資料，已經(jīng)歸納出光電式輻射溫度測(cè)量的原理，初步選定使用亮度測(cè)溫發(fā)原理進(jìn)行系統(tǒng)搭建，并對(duì)亮度測(cè)溫法光電式測(cè)量?jī)x的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了初步認(rèn)識(shí)。五、主要參考文獻(xiàn)[1] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [2] 王新?lián)P,唐海,. 儀器儀表學(xué)報(bào),1993,14(4):434~437 [3] [J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng) ,23(3):17. [4] 胡玲 光纖溫度傳感器的研究與發(fā)展[J] 科協(xié)論丘2010年第5期 (下)[5] , , , et al. Simultaneous strain and t emperature measurement using a superstructure fiber Bragg grating. IEEE Photonics Technology Letters, 2000, 12(6): 675677 [6] [D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大 學(xué),2006:110,1623. [7] 雙波長(zhǎng)光纖溫度傳感器 CN2065756U[8] Christensen D A. A fiber optic temperature sensor using wavelength dependent detection [A]. De Paula R P, Udd of SPIE: Fiber Optic and Laser Sensors [C]. San Diego: SPIE, 2001,838:252~256 [9] 蘇東波 光纖溫度傳感器發(fā)展現(xiàn)狀[J] 傳感器技術(shù) 1995年第6期[10] 呂泉 現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用 11~37 118~124[11] 劉桃麗,黎道武, CCD 的單波長(zhǎng)輻射測(cè) 溫方法[J].,23(1). [12] 劉建,包學(xué)誠(chéng), ,11(5). 六、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日七、系級(jí)教學(xué)單位審核意見：審查結(jié)果： □ 通過(guò) □ 完善后通過(guò) □ 未通過(guò) 負(fù)責(zé)人簽字：年 月 日9附錄二燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告課題名稱：光電式輻射溫度測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)研究學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué)生姓名： 李瀟 指導(dǎo)教師： 王玉田 完成日期： 2014/5/8 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展此次畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在基于熱輻射定律原理進(jìn)行光電式輻射測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)研究及改進(jìn)，在對(duì)高溫物體進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)運(yùn)用光電傳輸技術(shù)，是測(cè)量人和測(cè)量?jī)x器遠(yuǎn)離高溫?zé)嵩?，避免?duì)測(cè)量人和儀器造成傷害。完成了光纖探頭的組成和結(jié)構(gòu)研究；（2） 完成了光電轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了電路仿真（使用multisim）；（3） 完成了對(duì)恒溫模塊的電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了電路仿真（使用multisim）；（4） 確定溫度和信號(hào)對(duì)應(yīng)方法的實(shí)驗(yàn)方法，確定函數(shù)擬合辦法；（5） 完成顯示輸出所用單片機(jī)的選型，并編寫出所需運(yùn)行的程序的主干。 凸透鏡光纖固定套管光纖被測(cè)熱源鋁合金套管 光纖探頭的結(jié)構(gòu)示意圖n2n1an0 光纖結(jié)構(gòu)圖本儀器采用的是多模玻璃光纖。由于光纖安裝和光電二極管封裝部分缺少必須的封裝設(shè)備，所以選用王玉田老師提供的WFH68A型光纖測(cè)溫儀的光電二極管。由于光電管產(chǎn)生的電信號(hào)非常微弱，因此